Netstal: Gesamtsystem für die Fertigung von mehrschichtigen Kaffeekapseln mit IML

Die vollelektrische Elion wird für die Fakuma-Anwendung mit einem vertikalen Zusatzaggregat von Plasdan ausgestattet - (Bilder: Netstal).

Gemeinsam mit Systempartnern will Netstal auf der Fakuma 2017 am Beispiel von Kaffeekapseln die Vorzüge des Coinjection-Verfahrens für das Spritzgießen von dünnwandigen Aromaschutzverpackungen demonstrieren. Bei der Anwendung, die in Friedrichshafen erstmalig gezeigt wird, produziert eine vollelektrische Elion 1200 mit einem über VNC integrierten Plasdan-Zusatzaggregat die Kapseln in einem Vierfach-Test-Werkzeug von Fostag. Die Gesamt-Zykluszeit soll rund 4,9 Sekunden betragen. Die Automatisierungs-Anlage von Beck legt die von Verstraete IML zur Verfügung gestellten In-Mold-Label automatisch ins Werkzeug ein und entnimmt die dekorierten Kapseln nach dem Spritzgießvorgang. Die fertigen Teile werden mit der Öffnung nach unten abgestapelt, ein in den Entnahmeroboter integriertes optisches Inspektionssystem von IMD-Vista kontrolliert Lage und Dicke der Barriereschicht aus EVOH. Abschließend gelangen die mit dem Nespresso-System kompatiblen Kapseln als Schüttgut in einen Behälter.

Die Herstellung von dünnwandigen Teilen erfordert eine sehr hohe Einspritzleistung. Nicht nur die maximal erreichbare Einspritzgeschindigkeit sei hier ausschlaggebend, sondern auch die Dynamik. Für die exakte Ausbildung mehrerer Schichten ist auf der anderen Seite aber auch absolute Präzision und Reproduzierbarkeit gefragt. „Die Elion 1200-250/120 bietet mit ihrem vollelektrischen Hauptaggregat und dem vertikal via VNC integrierten Plasdan-Zusatzaggregat auf geringer Stellfläche die optimalen Voraussetzungen für den erfolgreichen Einsatz des Coinjection-Verfahrens“, betont Marcel Christen, Applikations- und Produktmanager Packaging bei Netstal. Dank des Übertragungsprinzips mit Doppel-Zahnstangen-Getriebe und einer hochpräzisen in die Spritzachse integrierten Kraftmessung biete das Haupt-Spritzaggregat der Elion hohe Dynamik und Präzision gepaart mit absoluter Reproduzierbarkeit.

Coinjection: Drei Schichten für effizienten Aromaschutz

Die IML-dekorierte Kaffee-Kapsel wird im Coinjection-Verfahren hergestellt und bietet laut Anbieter mit dem Kern aus EVOH einen hervorragenden Aromaschutz.

Wichtige Aufgabe einer Kaffeekapsel sei es, den Inhalt vor der Einwirkung von Sauerstoff, Licht und Feuchtigkeit zu schützen; nur dann könne der Verbraucher das volle Aroma genießen. Aluminium biete einen besonders guten Aromaschutz, verbrauche bei seiner Herstellung jedoch extrem viel Energie, so dass der Gedanke naheliege, die Vorteile von Kunststoff für das Einwegprodukt zu nutzen. Entscheidend sei dann, wie man den Aromaschutz gewährleistet. „Die Lösung von Netstal setzt auf das präzise Coinjection-Verfahren und die herausragende Barrierewirkung von Polyethylenvinylalkohol (EVOH) und Polyvinylalkohol (PVOH)“, sagt Reto Gmür, Applikations-Ingenieur bei Netstal. Als weit verbreitet gelten einschichtige Lösungen aus Polyproplyen (PP) und Polylactide (PLA). Diese sind zwar einfach und kostengünstig herzustellen, jedoch verfügen weder PP noch PLA über eine nennenswerte Barrierewirkung. Deshalb sei in diesen Fällen eine Sekundärverpackung wie beispielsweise ein Portionenbeutel oder Ähnliches notwendig. Die High-Tech-Anwendung von Netstal nutzt dagegen die Möglichkeiten der Mehrschichttechnologie: Beim Coinjection-Spritzgießen wird Schmelze von zwei Aggregaten durch den gleichen Angusskanal in die Werkzeugkavitäten eingespritzt. „Das zuerst eintreffende Material bildet dabei die Hülle der Formteile, die den inneren Kern der zweiten Komponente umschließt. Im Fall unserer Kaffeekapseln umgeben zwei Schichten PP eine Lage barrierewirksames EVOH und bildet so ein extrem dünnes Sandwich mit einer gesamten Wandstärke von lediglich 0,4 Millimeter“, erklärt Gmür. Während das EVOH (0,06 mm) den Kaffee schützt, übernimmt das PP (jeweils 0,17 mm) den Schutz des EVOH, denn das empfindliche Material würde sonst Feuchtigkeit absorbieren und seine Barrierewirkung gegen Gasaustausch einbüßen. Das Resultat sei eine aromadichte Kapsel, welche ohne irgendwelche Sekundärverpackung verwendet werden könne.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten für Mehrlagen-Spritzgießen
„Die Mehrlagentechnik ist sehr vielseitig einsetzbar und eignet sich zum Beispiel auch für das Blocken von Licht oder den Einsatz von Recycling-Material“, erläutert Christen. Im ersten Fall kann man demzufolge die Innenschicht durch ein schwarzes Polymer ersetzen, im zweiten die Außenhaut aus neuem Material und den Kern aus Recycling-Kunststoff fertigen. Die Zukunftsaussichten des Verfahrens bewertet Marcel Christen deshalb positiv: „Das Sandwich-Spritzgießen bietet so einzigartige Möglichkeiten, dass wir uns viele weitere Anwendungsbereiche vorstellen können, neben der Portionierung von Kaffee und Tee auch für Babynahrung, Softdrink-Konzentrate, Medikamente und viele andere Verpackungsanwendungen, bei denen eine zuverlässige Barrierewirkung gefordert ist.“

Weitere Informationen: www.netstal.com

Fakuma 2017, Friedrichshafen, 17.-21. Oktober 2017, Halle A7, Stand 7303

Netstal-Maschinen AG, Näfels, Schweiz

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